Зміст та структура фізики.

Розглядаючи основний зміст фізики можна зобразити схему, яка включає в себе структуру та основні розділи фізики.

Таким чином:

Фізика поділяється на розділи, кожний з яких вивчає закономірності тієї чи іншої форми руху матерії (див. схему).

Механіка – вивчає закони найпростішої форми руху матерії – механічного руху.

Молекулярна фізика – вивчає закономірності теплової форми руху, тобто закони хаотичного безперервного руху великої кількості атомів і молекул, з яких складається речовина.

Електродинаміка – розглядає закони взаємодії електричних і магнітних полів з електричними зарядами.

Фізика атома та атомного ядра – вивчає закономірності внутрішньоатомних і внутрішньоядерних процесів.

Крім цього існує розподіл фізики на класичну і квантову.

Класична фізика – фізика, початок якої відноситься до ХVІІ ст. (1687 р.) заснування класичної механіки та завершення – кінець ХІХ ст.

Квантова фізика – початок ХХ ст. і по наш час (включає квантову механіку, квантову оптику, фізику атома і ядра, фізику елементарних частинок).

Зв’язок фізики з іншими науками та технікою.

Фізика як наука про природу має спільні об’єкти і методи дослідження з іншими природничими науками:

а) Використання основних фізичних понять: швидкість, маса, енергія та інші.

б) Використання фізичних методів: дослідження, рентгено-структурний аналіз, спектральний аналіз.

в) Створення граничних наук: на межі між фізикою і хімією – фізична хімія, хімічна фізика, біофізика, геофізика, астрофізика.

г) Особливий зв’язок з математикою: математичні методи широко використовуються в фізиці, з іншого боку фізичні проблеми завжди стимулювали розвиток математики.

Фізика є науковою основою техніки. Багато галузей сучасної техніки обов’язково застосовують і використовують фізичні закони: машинобудування (транспорт), електротехніка, теплотехніка, радіотехніка, електроніка, телемеханіка, будівельна техніка, ядерна енергетика, електронна техніка, квантова радіотехніка, космонавтика. Зворотний вплив розвитку техніки: електронні мікроскопи, електрографи, скануюча колориметрія, лазери, прискорювачі заряджених частинок, МТД-генератори та інші.

Наука, в тому числі фізика, стає в наш час важливою виробничою силою в суспільстві і значно впливає на розвиток технічного прогресу в країні.

Вступ до курсу класичної механіки.

Найпростішою формою руху матерії в природі є механічний рух.

Механічний рух – це процес зміни взаємного положення матеріальних тіл або їх частин у просторі, протягом часу.

Механіка – це перший розділ фізики, предметом якого є вивчення закономірностей найпростішої форми руху матерії – механічного руху. Термін „механіка” ввів древньогрецький вчений Арістотель і означає він у перекладі з грецької “механе” – замудрувата машина.

Основна задача механіки полягає в дослідженні різноманітних механічних рухів і встановленні законів цих рухів за допомогою яких можна однозначно визначити положення та швидкість руху тіл у просторі в будь-який момент часу.

Механіка, що вивчається, ґрунтується на законах механічного руху Ньютона, відкритих англійським вченим І. Ньютоном, які сформульовані в 1687 р. у трактаті «Фізико-математичні начала натуральної філософії». Ця механіка носить назву класичної або ньютонівської механіки (або механіки Ньютона).

Механіка Ньютона вивчає механічні рухи макроскопічних тіл, тобто тіл, що оточують нас, тіл, які складаються з великої кількості частинок (молекул і атомів), швидкості яких, набагато менші порівняно зі швидкістю світла (максимальною швидкістю передачі взаємодій в природі) .

Класична механіка є “знімком з достатньо повільних механічних рухів”. Цим визначаються межі застосування механіки Ньютона.

Отже, предметом механіки є вивчення законів механічних рухів макроскопічних тіл, швидкості яких достатньо малі порівняно зі швидкістю світла, тобто предметом класичної механіки є вивчення “повільних” реальних механічних рухів макротіл.

Класичні уявлення Ньютона про властивості простору та часу.

Як відомо рух, простір і час основні форми існування матерії.

В основі класичної механіки лежать ньютонівські уявлення про властивості простору та часу. Це найбільш загальні уявлення, одержані в результаті узагальнення спостережень повільних рухів макроскопічних тіл в умовах Землі.

Згідно з Ньютоном: “Абсолютний простір за своєю суттю, відносно до чого-небудь зовнішнього, залишається завжди однаковим і нерухомим. Абсолютний істинний час сам по собі протікає рівномірно...”

Із цих висловлювань Ньютона випливає:

а) абсолютний характер простору, тобто незмінність просторових інтервалів в усіх систем відліку (СВ). Згідно з Ньютоном метричні властивості простору одинакові, вони ґрунтуються на аксіомах і теоремах геометрії Евкліда. Таким чином, простір в класичній механіці є тривимірний простір евклідової геометрії .

б) абсолютний характер часу, тобто його універсальність, незмінність при переході від однієї СВ до іншої.

Одночасність і тривалість подій в механіці Ньютона носить абсолютний характер: t = t′ ; Δt = Δt′.

в) Простір і час існують самі по собі, незалежно один від одного і від матеріальних тіл та їх руху.

Ці уявлення Ньютона носили метафізичний характер. Вони ґрунтувались на припущенні про можливість миттєвої передачі сигналів (взаємодій) з однієї точки простору в іншу.

Як відомо, сучасні уявлення про властивості простору та часу викладені у спеціальній теорії відносності Ейнштейна – що є новим вченням про простір і час, основною концепцією якого є їх відносність.

Властивості простору і часу: однорідність простору і часу, а також ізотропність простору, називаються властивостями або принципами геометричної симетрії простору та часу. Вони тісно пов’язані з законами збереження, які є наслідком цих принципів.